丘陵山地油茶栽植大直径钻孔装置优化与试验

摘要

针对油茶挖坑机具工作过程中出土率低下、土壤回流量大、人工二次清土工作繁杂等问题，依照现有油茶挖坑机具的结构，利用离散元法仿真软件（Engineering discrete element method,EDEM）仿真及试验研究，优化机具参数提高挖坑出土率。以适用于丘陵山地复杂立地环境的大直径挖坑钻头为研究对象，提出油茶大直径钻孔技术方案，设计一款大直径钻孔、高出土率的钻头。对挖坑钻头主要部件建模并结合EDEM2023软件对土壤建模，同时对机具挖坑工作过程进行仿真。以钻孔装置出土率高低为评价指标，以钻杆直径、螺旋升角、土壤与翼片静摩擦因数为试验因素，进行单因素试验确定3个参数的取值范围；以此为基础进行多因素正交试验从而确定出土率最佳的参数组合。单因素试验结果表明，钻孔装置钻杆直径从80 mm增大至120 mm，出土率呈现下降趋势；翼片螺旋升角由15°增大至23°，出土率呈现下降趋势；土壤与翼片的静摩擦系数由0.50增大至0.60，出土率呈现先增后减趋势。在三者中，螺旋升角对出土率影响最大，钻杆直径对出土率影响最小。二次回归正交旋转组合试验结果表明，三因素对挖坑机具出土率的影响由大到小的顺序为螺旋升角、静摩擦系数、钻杆直径，最佳方案是钻杆直径为82 mm、螺旋升角为23°、静摩擦因数为0.56，这3个参数组合下出土率为92.73%。

关键词

油茶栽植 / 钻孔装置 / 螺旋钻头 / 离散元仿真 / 出土率优化 / 多因素正交试验 / 林业装备设计